1 引言

露天礦隨著開采深度的不斷增加以及開挖規模的不斷礦大，由簡單構造控制引起的破壞不再起主導作用(構造控制的隧道穩定性分析---Rock Wedge), 例如平面剪切破壞(巖石邊坡平面滑動(Planar Sliding)穩定性分析)和楔形破壞(Swedge: 巖石邊坡楔形破壞穩定性分析)，而是會出現更復雜的結構控制破壞，例如如階梯路徑破壞(Step-Path Failure)和大規模的傾覆破壞(巖石邊坡傾倒破壞之塊體傾倒(Block Toppling)數據集; 屈曲傾倒破壞(flexural toppling failure)。對于深度露天礦邊坡，必須仔細評估更深層的多臺階破壞而不是單臺階破壞。因此，所選擇的分析技術必須能夠恰當地捕捉到巖體結構在逐漸降低強度方面的作用，以及對邊坡潛在破壞的運動學影響。這在深部露天礦中特別重要，因為坡腳的高原位應力可能導致完整巖橋逐漸破壞，從而導致階梯狀的破壞面發展。如果考慮到深部露天礦和地下采礦的相互作用，這種現象甚至更加顯著和復雜。目前世界上一些大型露天礦都開始由露天開采轉入地下開采, 例如Chuquicamata礦(全球最大礦山: 丘基卡馬塔(Chuquicamata)銅礦由露天開采轉入地下開采; Chuquicamata(丘基卡馬塔)露天礦巖石力學研究) , Bingham Canyon礦(Intact Strength: 原巖強度的微觀尺寸效應), Palabora礦(地下采礦引起的地表沉降分析)和Diavik礦.

在過去十幾年里，研究工作的重點是開發新的分析技術和建模工具，以取代使用經驗性巖體分類系統，從而更好地評估斷裂巖體的力學特性, 從而適應能夠模擬在大型露天礦和地下塊體崩落法開采中遇到的巖石邊坡穩定性問題。這個筆記從GeotechSet數據集中簡要回顧了迪亞維克鉆石礦(Diavik Diamond Mine)的邊坡穩定性分析.

2 迪亞維克鉆石礦

迪亞維克鉆石礦(Diavik Diamond Mine)位于加拿大靠近北極圈的西北地區(Northwest Territories), 是世界上最重要的寶石產地之一。自2003年開始開采以來，它已經生產了超過1億克拉的鉆石。礦區位置如下圖所示.  Diavik礦目前由力拓公司控股.  

Diavik礦分為四大采區, 如下圖所示的A21, A418, A154S和A154N, 其中以A154的規模最大, A21剛剛開始開采. 從2010年開始, A154和A418相繼轉入地下開采.A154S和A418采用分段后退式開采, 而A154N采用空場采礦法開采.   

3 邊坡穩定性分析

在Diavik礦轉入地下開采之前, A154的開挖深度已經超過400m, 因此對A154區的邊坡穩定性進行了研究, 部分研究見參考文獻. 在這個研究過程中, 主要發展了基于巖橋的穩定性分析技術, 特別是離散斷裂網絡DFN. 下圖所示的是為A154發展出來的離散斷裂模型.

Elmo等人(2011年)利用極限平衡、連續和非連續數值模擬方法，評估了Diavik礦A154邊坡的穩定性，巖體是堅固的、中等斷裂的花崗巖。他們的模擬結果強調了脆性斷裂和沿現有不連續體的漸進式破壞以及完整的巖橋在強的破碎巖體破壞中的作用。Karami等人(2007), Moffitt等人(2007) 使用基于離散斷裂網絡的UDEC進行了模擬.

巖橋和階梯式破壞

巖橋(Rock Bridge/Step-Path Failure)文獻聚合

公眾號文章的自我聚合: 巖橋(Rock Bridge/Step-Path) 

3 參考文獻

[1] ]Moffitt, K. M., et al. (2007). Analysis of slope stability in strong, fractured rock at the Diavik Diamond Mine, NWT. (pdf)

[2] Karami, A., et al. (2007). Numerical Assessment of Step-Path Failure of Northwest Wall of A154 Pit, Diavik Diamond Mines.  (pdf)

[3] Rogers, S, et al. (2009) Hydrogeological characterisation & conceptual DFN flow modelling of slope pressures within the Diavik diamond mine, NWT. 

[4] Moss, S., et al. (2009) Spatial and temporal evolution of kimberlite magma at A154N, Diavik, Northwest Territories, Canada.

[5] Steller W. et al. (2008) Ground Support in Strong Fractured Rock in Diavik Open Pit Mine. 

[6] Elmo, D., et al. (2011) Numerical simulations of potential rock bridge failure within a naturally fractured rock mass.